Produkcja amoniaku w przemyśle. Dostawanie amoniaku w laboratorium

15.03.2019

Na proces wytwarzania optymalnej ilości substancji chemicznej, a także na osiągnięcie jej maksymalnej jakości, wpływa szereg czynników. Wytwarzanie amoniaku zależy od ciśnienia, temperatury, obecności katalizatora, stosowanych substancji i metody ekstrakcji otrzymanego materiału. Parametry te muszą być odpowiednio wyważone, aby osiągnąć największy zysk z procesu produkcyjnego.

Właściwości amoniaku

W temperaturze pokojowej i normalnej wilgotność powietrza amoniak jest gazowy i ma bardzo odrażający zapach. Jest obdarzona trującym i drażniącym działaniem błony śluzowej organizmu. Produkcja i właściwości amoniaku zależą od udziału wody w procesie, ponieważ substancja ta jest bardzo dobrze rozpuszczalna w normalnych właściwościach środowiska.

Amoniak jest związkiem wodoru i azotu. Jego wzór chemiczny to NH 3 . Produkcja amoniaku

Ta substancja chemiczna działa jako aktywny czynnik redukujący, w wyniku którego uwalniany jest wolny azot. Amoniak wykazuje właściwości zasad i zasad.

Reakcja substancji z wodą

Gdy NH3 jest rozpuszczony w wodzie, otrzymuje się wodę amoniakalną. Maksimum w normalnej temperaturze może być rozpuszczone w 1 objętości elementu wodnego 700 objętości amoniaku. Substancja ta jest znana jako amoniak i jest szeroko stosowana w przemyśle nawozowym, w zakładach przetwórczych.

NH3 otrzymany przez rozpuszczenie w wodzie ma częściowo zjonizowane właściwości.

Amoniak jest stosowany w jednej z metod laboratoryjnego odbioru tego pierwiastka.

Odbiór substancji w laboratorium

Pierwszym sposobem wytwarzania amoniaku jest doprowadzenie ciekłego amoniaku do wrzenia, po czym uzyskaną parę suszy się i zbiera żądany związek chemiczny. Uzyskanie amoniaku w laboratorium jest również możliwe dzięki ogrzewaniu wapno hydratyzowane i stały chlorek amonowy.

Reakcja amoniaku ma następującą postać:

2NH 4Cl + Ca (OH) 2 → CaCl2 + 2NH 3 + 2H2O Przygotowanie i właściwości amoniaku

W trakcie tej reakcji pojawia się biały osad. Jest to sól CaCl2, a także woda i amoniak. Aby osuszyć pożądaną substancję, przechodzi przez mieszaninę wapna w połączeniu z wodą sodową.

Uzyskanie amoniaku w laboratorium nie zapewnia najbardziej optymalnej technologii do jego produkcji w wymaganych ilościach. Przez wiele lat ludzie szukali sposobów wydobywania materii na skalę przemysłową.

Początki tworzenia technologii produkcji

W latach 1775-1780 przeprowadzono eksperymenty związane z wiązaniem wolnych cząsteczek azotu z atmosfery. Szwedzki chemik K. Shellle znalazł reakcję, która wyglądała jak

Na2CO3 + 4C + N2 = 2NaCN + 3CO

Na tej podstawie w 1895 roku N. Caro i A. Frank opracowali metodę wiązania wolnych cząsteczek azotu:

CaC 2 + N 2 = CaCN 2 + C

Ta opcja wymagała dużej ilości energii i była ekonomicznie nieopłacalna, więc z czasem została porzucona. Dostawanie amoniaku w laboratorium

Inną dość drogą metodą był proces interakcji cząsteczek azotu i tlenu odkryty przez brytyjskich chemików D. Priestley i G. Cavendisha:

N 2 + O 2 = 2NO

Wzrost popytu na amoniak

W 1870 r. Ten związek chemiczny uważano za niepożądany produkt przemysłu gazowego i był praktycznie bezużyteczny. Jednak 30 lat później stała się bardzo popularna w branży koksowniczej. Praktyczna praca nad uzyskaniem amoniaku

Po pierwsze, zwiększone zapotrzebowanie na amoniak uzupełniano, oddzielając go od węgla. Jednak wraz ze wzrostem zużycia substancji 10 razy, przeprowadzono praktyczne prace, aby znaleźć sposoby jej wydobycia. Rozpoczęto produkcję amoniaku przy użyciu rezerw azotu atmosferycznego.

Zapotrzebowanie na substancje na bazie azotu zaobserwowano w prawie wszystkich znanych sektorach gospodarki.

Wyszukiwanie sposobów na zaspokojenie popytu przemysłowego

Długa droga przeszła ludzkości do realizacji równania produkcji substancji:

N 2 + 3H 2 = 2NH 3

Produkcja amoniaku w przemyśle została po raz pierwszy zrealizowana w 1913 r. W wyniku syntezy katalitycznej z wodoru i azotu. Metoda odkryta przez F. Habera w 1908 roku.

Otwarta technologia rozwiązała długotrwały problem wielu naukowców z różnych krajów. Do tego momentu nie było możliwe wiązanie azotu w postaci NH3. Ten proces chemiczny nazywa się reakcją cyjanamidową. Wraz ze wzrostem temperatury wapna i węgla uzyskano substancję CaC 2 (węglik wapnia). Ogrzewając azot i otrzymując cyjanamid wapnia CaCN 2 , z którego uwalnianie amoniaku nastąpiło w wyniku hydrolizy.

Wprowadzenie technologii amoniaku

Uzyskanie NH 3 na skalę światową, zużycie przemysłowe rozpoczęło się wraz z zakupem patentu technologicznego F. Przedstawiciel firmy Haber w Baden Soda A. Mittash. Na początku 1911 r. Synteza amoniaku na małej roślinie stała się regularna. K. Bosch stworzył duży aparat kontaktowy, oparty na rozwoju F. Habera. Był to oryginalny sprzęt, który zapewniał proces ekstrakcji amoniaku przez syntezę na skalę przemysłową. K. Bosch przejął cały podręcznik na ten temat. Produkcja amoniaku w przemyśle

Oszczędność kosztów energii wiązała się z udziałem w syntezie niektórych katalizatorów.

Grupa naukowców pracująca nad znalezieniem właściwych składników sugerowała: katalizator żelazowy, w którym dodano tlenki potasu i glinu, który nadal jest uważany za jeden z najlepszych w produkcji amoniaku w przemyśle.

09/09/1913 rozpoczęła działalność pierwsza fabryka na świecie wykorzystująca technologię syntezy katalitycznej. Zdolności produkcyjne stopniowo rosły, a pod koniec 1917 r. Wytwarzano 7 tysięcy ton amoniaku na miesiąc. W pierwszym roku funkcjonowania fabryki liczba ta wynosiła tylko 300 ton miesięcznie.

Następnie we wszystkich innych krajach zaczęli stosować technologię syntezy za pomocą katalizatorów, która w istocie nie różniła się bardzo od techniki Habera-Boscha. Aplikacja wysokie ciśnienie a procesy cyrkulacji zachodzą w dowolnym procesie.

Wprowadzenie syntezy w Rosji

Synteza z użyciem katalizatorów dostarczających amoniak była również stosowana w Rosji. Reakcja ma następującą postać:

N 2 + 3H 2 ↔ 2 NH 3 + 45,9 kJ

W Rosji pierwsza instalacja do syntezy amoniaku rozpoczęła swoją działalność w 1928 r. W Czernorechensku, a następnie produkcję rozpoczęto w wielu innych miastach.

Praktyczne prace nad uzyskaniem amoniaku stale nabierają rozpędu. W latach 1960-1970 synteza wzrosła prawie 7-krotnie. Odbieranie, podnoszenie i rozpoznawanie amoniaku

W kraju dla pomyślnej produkcji, zbierania i rozpoznawania amoniaku przy użyciu mieszanych substancji katalitycznych. Badanie ich składu przeprowadza grupa naukowców pod kierownictwem S. S. Lachinova. Ta grupa znalazła najbardziej efektywne materiały dla technologii syntezy.

Prowadzone są również nieustanne badania kinetyki procesu. MI Temkin i jego współpracownicy przeprowadzili badania naukowe w tej dziedzinie. W 1938 r. Naukowiec ten wraz z kolegą V. M. Pyzhevem dokonał ważnego odkrycia, udoskonalając produkcję amoniaku. Równanie syntezy syntezy zestawione przez tych chemików jest obecnie stosowane na całym świecie.

Nowoczesny proces syntezy

Proces produkcji amoniaku za pomocą katalizatora stosowanego w dzisiejszej produkcji jest odwracalny. Dlatego kwestia optymalnego poziomu wpływu wskaźników na osiągnięcie maksymalnej wydajności jest bardzo aktualna.

Proces odbywa się w wysokiej temperaturze: 400-500 ˚С. Katalizator stosuje się w celu zapewnienia wymaganej szybkości reakcji. Nowoczesna produkcja NH 3 polega na użyciu wysokiego ciśnienia - około 100-300 atm.

Wraz z zastosowaniem układu cyrkulacji można uzyskać dostatecznie dużą masę oryginalnych materiałów przekształconych w amoniak.

Nowoczesna produkcja

System działania dowolnej instalacji do produkcji amoniaku jest dość złożony i składa się z kilku etapów. Technologię otrzymywania pożądanej substancji prowadzi się w 6 etapach. W trakcie syntezy otrzymuje się, zbiera i rozpoznaje amoniak.

Początkowym etapem jest wydobycie siarki z gaz ziemny przy użyciu odsiarczania. Ta manipulacja jest wymagana ze względu na to, że siarka jest katalityczną trucizną i zabija katalizator niklowy na etapie ekstrakcji wodoru. Uzyskanie reakcji amoniaku

W drugim etapie następuje konwersja metanu, która przebiega z wykorzystaniem wysokiej temperatury i ciśnienia za pomocą katalizatora niklowego.

W trzecim etapie następuje częściowe wypalenie wodoru w tlenie powietrza. Rezultatem jest mieszanina pary wodnej, tlenku węgla i azotu.

W czwartym etapie następuje reakcja ścinania, która zachodzi w różnych katalizatorach i w dwóch różnych temperaturach. Początkowo stosuje się Fe3O4, a proces przebiega w temperaturze 400 ° C. W drugim etapie stosuje się bardziej wydajny katalizator miedziowy, który umożliwia wytwarzanie w niskich temperaturach.

Następny piąty etap polega na eliminacji niepotrzebnego tlenku węgla (VI) z mieszaniny gazów poprzez zastosowanie technologii absorpcji z alkaliami.

Na ostatnim etapie tlenek węgla (II) usuwa się, gdy stosuje się reakcję konwersji wodoru do metanu przez katalizator niklowy i wyższą temperaturę.

Mieszanina gazów uzyskana w wyniku wszystkich manipulacji zawiera 75% wodoru i 25% azotu. Jest on sprężany pod wysokim ciśnieniem, a następnie schładzany.

To właśnie te manipulacje opisują formułę uwalniania amoniaku:

N 2 + 3H 2 ↔ 2 NH 3 + 45,9 kJ

Chociaż proces ten nie wygląda na bardzo trudny, wszystkie powyższe działania związane z jego realizacją wskazują na trudność w uzyskaniu amoniaku na skalę przemysłową.

Na jakość finalnego produktu wpływa brak zanieczyszczeń w surowcach.

Przeszliśmy długą drogę od małego doświadczenia laboratoryjnego do produkcji na dużą skalę, dziś produkcja amoniaku jest popularną i nieodzowną gałęzią przemysłu chemicznego. Proces ten jest stale ulepszany, zapewniając jakość, wydajność i niezbędną ilość produktu dla każdej komórki gospodarki narodowej.